膀胱老化机制研究进展

崔帆 邓欣 双卫兵，3

(1山西医科大学第一临床医学院，山西 太原 030000；2武警山西省总队机动支队勤务保障大队卫生队；3山西医科大学第一医院泌尿外科)

随着科学技术与医疗水平的进步与发展，人类平均寿命逐年增长。2019年全世界65岁及以上的老年人口占全球人口的1/11，到2050年则将提高到1/6〔1〕。我国《2020年度国家老龄事业发展公报》〔2〕显示：截至2020年11月1日零时，全国60岁以上老年人口26 402万人，占总人口的18.7%。尿频、尿急、夜尿增加及排尿困难等下尿路症状常给老年人带来极大困扰，伴随着老龄化社会的到来，这些症状的就诊量日益增多，严重增加了社会经济负担〔3〕。既往多认为下尿路梗阻或神经病变是老年人排尿障碍的主要原因。但研究发现，无神经系统疾病和膀胱出口梗阻的老年女性及已解除膀胱出口梗阻的老年男性仍然会有排尿障碍〔4，5〕。这提示伴随年龄增长出现的膀胱老化可能引起不可逆的膀胱功能损害致使老年人出现下尿路症状〔6，7〕。了解并探究膀胱老化发生发展机制，有利于对因衰老引起的膀胱功能障碍进行有效的预防及治疗，还可为探索衰老的机制提供更多思路。现针对膀胱老化机制进行综述，以加深人们对膀胱老化的了解，提高人们对膀胱老化的认识，帮助指导临床工作。

1 膀胱老化基本病理机制

1.1逼尿肌功能受损 膀胱主要通过逼尿肌的活动来实现排尿和储尿功能〔6〕。 Zhao等〔8〕通过对老龄大鼠膀胱组织光镜观察发现膀胱尿路上皮层变薄，肌肉组织质量减少，而胶原含量明显增多。Elbadawi等〔9〕对尿动力学检查正常、无泌尿系统疾病的老年人膀胱组织电镜观察发现平滑肌萎缩，肌膜小凹耗竭、肌丝紊乱、肌浆空泡明显。大量研究表明，随着年龄增长，逼尿肌功能逐渐发生障碍〔10～12〕。Malone-Lee等〔10〕发现伴随老龄膀胱逼尿肌收缩功能受损。而Ameda等〔11〕的研究显示，随着年龄的增长，膀胱逼尿肌的收缩功能并不一定会恶化，但膀胱逼尿肌不稳定的发生率会明显增加。老年人膀胱组织慢性缺血会导致产生过量的前列腺素和白三烯，这些炎性物质可能与逼尿肌不稳定发生率增加有关〔13，14〕。

1.2膀胱壁纤维化 膀胱壁纤维化是老年排尿功能障碍的重要机制〔12〕。虽然在衰老的大鼠膀胱中未见明显的胶原沉积及膀胱纤维化，但是在老年人膀胱组织中却发现纤维变性和胶原沉积现象引起膀胱壁纤维化，从而导致了膀胱顺应性降低〔15～17〕。老化膀胱纤维化的具体原因尚不清楚，但在动物模型中已显示膀胱组织慢性缺血可引起明显的膀胱壁纤维化和顺应性下降〔18〕。

1.3神经受体改变 交感神经可抑制膀胱逼尿肌收缩并刺激尿道收缩，从而促进尿液储存。排尿反射主要是通过激活逼尿肌上的胆碱能受体来实现的，嘌呤能受体在排尿过程中也起到一定作用〔6，19〕。Daly等〔20〕发现年龄增长使嘌呤能信号改变会影响膀胱传入神经，从而导致膀胱功能退化。也有研究发现，老化膀胱中的炎性因子会促进神经元凋亡，损伤传入和传出神经元，致使逼尿肌不稳定收缩〔21〕。年龄与介导膀胱逼尿肌收缩的嘌呤能成分之间存在显著的正相关，而与介导膀胱逼尿肌收缩的胆碱能成分之间存在显著的负相关〔22，23〕。年龄增加还会使膀胱对去甲肾上腺素的敏感性增加，致使老年排尿功能障碍〔12〕。随年龄增长出现的神经受体改变对膀胱功能具有重要影响〔12，24〕。

2 衰老因素在膀胱老化中的作用

2.1氧化应激与膀胱老化

2.1.1氧化应激与衰老 线粒体被称为细胞的“动力工厂”，其具有产生ATP、维持细胞氧化与抗氧化平衡、调节细胞内钙水平及细胞凋亡等功能〔25，26〕。线粒体功能正常对于细胞及生物体来说十分重要，线粒体功能障碍会引起细胞能量供给不足、细胞内钙超载、活性氧(ROS)产生过多、氧化应激(OS)反应程度加深及DNA损伤等，最终致使细胞凋亡，诱导衰老及衰老相关疾病的发生〔25〕。正常生理状态下，线粒体以氧依赖方式产能的过程中会伴随产生少量ROS〔26〕。而随着年龄增长出现的线粒体质量控制异常使OS反应增加、ROS生成过多〔27〕。累积的ROS一方面会继续破坏线粒体结构，加重线粒体损伤，加速细胞凋亡或坏死；另一方面会引起机体内源性损伤相关分子模式的产生及细胞因子的释放，导致炎性衰老的发生〔25，28〕。目前人们已经发现线粒体在衰老及其相关疾病的发生发展中发挥重要作用，未来可以将线粒体作为靶点来干预及治疗多种老龄相关疾病〔29〕。

2.1.2OS与膀胱老化的关系 Perše等〔30〕研究发现，年轻小鼠尿路上皮细胞具有强大的抗氧化系统，可作为防御屏障以保持氧化作用与抗氧化用的平衡。相比之下，衰老的膀胱上皮细胞的线粒体超微结构明显改变，脂褐素大量积累，细胞总抗氧化能力显著降低，细胞中脂质过氧化产物丙二醛(MDA)和OS标志物诱导型一氧化氮合酶(iNOS)的水平明显升高。Ito等〔31〕的研究表明，大鼠膀胱尿路上皮细胞中脂质过氧化反应随着大鼠膀胱的衰老而不断增多，MDA水平随着年龄的增长而显著增加，衰老会使膀胱细胞组织中的OS反应增加并导致衰老相关的储尿和排尿功能障碍。Chen等〔7〕的研究不仅发现了老龄大鼠膀胱较年轻组MDA水平升高，抗氧化物质超氧化物歧化酶(SOD)水平降低，还推测老化膀胱增多的OS反应可能导致膀胱发生炎性衰老。另外，支配作用于膀胱的神经在衰老过程中OS反应也有一定程度增加，从而影响膀胱正常生理功能，导致膀胱功能障碍〔31〕。

2.2缺血缺氧与膀胱老化

2.2.1缺血缺氧与衰老 氧气在有氧呼吸和新陈代谢中发挥重要作用〔32〕。当氧气需求超过其供应量时，全身或局部组织会缺氧，导致细胞代谢异常，从而影响细胞的正常生理功能和生存能力〔33〕。目前人们已经深入研究了细胞感知缺氧将信号传导至缺氧诱导因子(HIF)从而适应缺氧环境的机制〔34〕。HIF家族包括HIF-1、HIF-2、HIF-3三个成员，它们是氧依赖的异二聚体转录因子〔34，35〕。其中，HIF-1是使细胞适应缺氧环境最重要的物质〔34，36〕。HIF-1可诱导超过100个靶基因的表达，包括新生血管形成、厌氧代谢及细胞增殖、存活等方面〔37〕。沉默信息调节子蛋白Sirtuins家族是核烟酰胺腺嘌呤二核苷酸依赖性的蛋白质去乙酰化酶，主要有SIRT1～SIRT7七个成员，它们参与细胞新陈代谢、炎症反应及凋亡等过程〔33〕。研究发现Sirtuins家族与衰老有关的慢性疾病关系密切，上调SIRT1的表达可以预防细胞早衰，SIRT3在线粒体中可以发挥抗氧化作用促进线粒体清除ROS从而减少氧化损伤〔27，33，38〕。HIF-1与Sirtuins家族之间存在相互联系〔39〕。在缺氧条件下进行细胞培养发现，SIRT1去乙酰化可抑制HIF-1活性〔39，40〕。SIRT6通过去乙酰化会引起HIF-1相应启动子的转录受损，而SIRT6缺失可使HIF-1基因表达增加〔39〕。随着年龄增长，细胞组织对缺氧的感知及反应不足，HIF-1稳定性下降，影响新生血管生成，导致缺血的发生〔41〕。除血管生成受影响外，与年龄相关的血管功能障碍还和机体长期低度炎症环境、OS反应增多及血管收缩/扩张因子产生不平衡有关〔42〕。衰老机体中增多的缺血缺氧事件又会加重线粒体功能障碍，引起ROS和OS反应异常，造成细胞组织损伤，从而使衰老进程加速〔43〕。

2.2.2缺血缺氧与膀胱老化的关系 有研究发现，膀胱慢性缺血缺氧可使膀胱平滑肌组织中转化生长因子-β含量升高，出现膀胱纤维化现象，导致膀胱顺应性下降〔44〕。Saito等〔45〕比较了年轻和老龄大鼠体内和体外的膀胱血流量和逼尿肌功能，发现无论在体内还是体外，通过激光多普勒流量计测量的膀胱血流量均随着膀胱内容积的增加而减少，并且老年大鼠的膀胱内血流量小于年轻大鼠，逼尿肌收缩功能受损。Pinggera等〔46〕使用经直肠彩色多普勒超声检查发现，与无症状的年轻对照相比，老年出现下尿路症状患者的膀胱血流明显减少。研究表明，膀胱缺血使OS反应加剧，导致逼尿肌功能异常、毒蕈碱受体过度反应和神经退行性变，从而引起膀胱功能障碍〔42，47〕。

2.3炎性衰老与膀胱老化

2.3.1炎性衰老机制 炎性衰老是指机体在衰老过程中长期处于低水平慢性促炎反应进行性升高的状态〔48〕。炎症水平的高低是影响机体衰老速率及寿命的关键〔49〕。端粒缩短、DNA损伤积累、细胞自噬异常等细胞分子水平的变化会引起炎性衰老的发生，被释放的各种炎性因子和OS相互作用，进一步导致细胞损伤，加速衰老进程〔29〕。端粒是存在于真核生物染色体末端的核蛋白结构，其最主要的功能为维持染色体稳定。随着DNA复制次数的增加，端粒会逐渐缩短，使细胞复制达到海弗利克极限，最终导致细胞死亡〔50～52〕。端粒酶虽然可以使端粒修复延长，但其活性受到严格调控，在绝大多数体细胞中处于失活状态。随着年龄增长及细胞复制次数增加而出现的端粒缩短是生命进化过程中所选择的生存机制，这一机制减少了细胞无限增殖发展为癌细胞的可能〔51〕。DNA损伤是细胞复制过程中发生的DNA核苷酸序列永久性改变〔52〕。DNA损伤积累是引起衰老发生的重要因素〔53〕。为了减弱DNA损伤带来的有害影响，细胞会启动DNA损伤修复机制，通过稀释损伤细胞寿命能够延长，但机体对DNA损伤的修复是有限的〔51，54〕。自噬是细胞维持内部稳态的一种方式，通过自噬将细胞内受损物质运送至溶酶体进行分解代谢从而实现细胞成分的循环利用是细胞长寿的重要机制〔55〕。Bonafè等〔56〕的研究发现，端粒缩短、DNA损伤积累可使干细胞分化为促炎症细胞因子过表达细胞，从而促进大量炎性细胞因子的产生，引起炎性衰老。而细胞自噬能力的下降则使细胞内异常物质尤其是功能失调的线粒体增多，导致ROS累积过盛，OS反应程度加深，进一步加重炎性衰老。Fuentu等〔57〕提出的OS-炎症-衰老学说认为，OS反应中过量的ROS可介导慢性炎症反应的发生，而机体长期处于慢性炎症环境中又会加重线粒体功能障碍，降低细胞抗氧化能力，促进OS反应。各种炎性细胞因子与OS产物相互作用，使细胞结构与功能受损，导致细胞衰老。衰老进程中出现的端粒缩短、DNA损伤累积及细胞自噬能力下降又会引起机体促炎细胞因子网络与抗炎细胞因子网络稳态失衡，最终形成恶性循环，多因素的共同作用导致衰老发生并加速衰老进程。

2.3.2炎性衰老与膀胱老化的关系 炎性衰老学说提供了有关衰老机制的新见解〔48〕。研究表明慢性炎症反应加剧了机体各组织器官自然发生的退化性改变，并且在老年患者的多种退行性疾病中起到关键作用〔58〕。Chen等〔7〕通过比较年轻组大鼠与老年大鼠膀胱组织中的NLRP3炎症小体、白细胞介素(IL)-1β及衰老标志物p12的含量发现老年大鼠膀胱中的NLRP3炎症小题、IL-1β及p12与年轻组相比表达均增加，过表达的NLRP3炎症小体与IL-1β主要位于膀胱尿路上皮细胞。目前已经证明NLRP3与慢性低度炎症相关，而且其是导致衰老过程中组织器官功能下降的重要物质〔59〕。IL-1β作为炎一种炎性细胞因子，可以引起膀胱组织胶原沉积，浸润膀胱逼尿肌层组织损害逼尿肌功能，影响膀胱神经支配导致下尿路症状〔21〕。提示炎性衰老可能是膀胱功能障碍的一种新机制。另有研究证实，SIRT3-SOD2-线粒体ROS信号通路可激活NLPR3炎症小体，ROS的产生是NLRP3炎性小体活化的关键〔60，61〕。这表明膀胱老化机制复杂，缺氧、OS及炎症反应在衰老伴发的膀胱功能障碍中都发挥了作用。

2.4热量限制(CR)与膀胱老化

2.4.1CR与衰老 CR是指在保障机体基础物质需要且确保生物体不发生营养不良的情况下减少20%～40%的热量摄入〔62〕。大量研究表明CR可以有效地延缓衰老进程，达到延长寿命的效果〔63，64〕。β-半乳糖苷酶在衰老细胞中的含量远超过年轻细胞，虽然还尚不能作为衰老标志物，但其对预测衰老的发生有一定的作用，研究发现低糖培养可以明显降低细胞内β-半乳糖苷酶的表达〔65，66〕。还有研究证实低糖培养基可以使细胞衰老相关蛋白p16、p21表达减少，增加细胞寿命〔67〕。CR延缓衰老的机制包括：(1)抑制OS反应，减少ROS产生和iNOS表达〔68，69〕。(2)影响多种信号传导通路促进细胞自噬〔63〕。(3)调节促炎因子活性，抑制炎症因子生成等〔70〕。目前发现白藜芦醇、二甲双胍等药物可以发挥CR作用，达到预防或治疗衰老相关疾病的效果〔63，64，71〕。

2.4.2CR与膀胱老化的关系 Ito等〔31〕探究了衰老大鼠发生膀胱功能障碍时膀胱组织及支配膀胱神经的生物学变化，发现这些大鼠的逼尿肌收缩力受损，对毒蕈碱受体激动剂的反应减少，并且对神经尤其是胆碱能成分的反应性降低。他们对部分大鼠进行CR，并与正常饮食的大鼠比较还发现长期CR对年龄相关的膀胱功能障碍具有预防作用。但目前对CR影响膀胱老化细胞分子水平的机制还有待进一步研究，将来通过CR或可发挥CR作用的药物干预老化引起的膀胱功能障碍值得深入探索。

综上，衰老与机体各组织、器官、系统的功能下降均密切相关〔65〕。虽然老年人的诸多泌尿系统疾病与膀胱老化有关，但人们对膀胱老化缺乏认知。关于膀胱老化引起下尿路症状的病理生理机制研究并不多，这可能是因为动物实验与临床研究存在差异，而人体研究需要进行尿动力学检查等侵入性手术，即使进行研究，通常也很难区分是由于疾病引起的功能障碍还是纯粹与年龄相关，许多年老患者服用的药物也可能会影响研究结果〔12〕。未来仍需提高人们对膀胱老化的了解并进一步探索其机制，有利于帮助阐释衰老各机制的作用，并对老年人下尿路症状进行更好的干预与治疗。